[논문 리뷰] Review of experimental results on rare radiative, semileptonic and leptonic B decays

Thomas Schietinger|ArXiv.org|2006. 05. 17.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 3

한 줄 요약

이 리뷰는 B 팩토리에서의 희귀 방사성, 준설퇴성, 렙톤성 B 붕괴에 대한 실험 결과를 종합하며, $b\to s\gamma$, $b\to s\ell^+\ell^-$ 및 순수 렙톤성 붕괴의 정밀 측정을 강조한다. 표준모형과의 일치, 새로운 물리의 제약, 그리고 이 붕괴들이 플레이버 물리학과 CKM 매개변수를 위한 청소된 탐사수단으로서의 역할을 다룬다.

ABSTRACT

We review recent experimental progress in the domain of rare radiative, semileptonic and leptonic B decays. The statistical precision attained for these decays has reached a level where they start to impose meaningful constraints on the Cabibbo-Kobayashi-Maskawa matrix, which are complementary to those obtained from hadronic decays. While the current data indicate no deviations from Standard Model predictions, there is still some room for new physics in these decays.

연구 동기 및 목표

• B 팩토리에서의 데이터를 활용하여 희귀 방사성, 준설퇴성, 렙톤성 B 붕괴의 최근 실험적 진전을 요약하기 위해.
• 이 붕괴들이 표준모형을 초월한 새로운 물리에 대한 민감도를 평가하기 위해.
• 특히 $B\to\mu^+\mu^-$, $B\to\tau^+\tau^-$ 및 $B\to\nu\bar{\nu}$에 대해 업데이트된 분해율 측정값과 제약을 제공하기 위해.
• 이 붕괴들이 CKM 행렬 원소, 특히 $|V_{ub}|$ 및 $|V_{td}/V_{ts}|$를 제약하는 데서의 역할을 평가하기 위해.
• 광자 에너지 스펙트럼과 CP 비대칭성이 $b$-쿼크 역학과 새로운 물리 탐색에 어떻게 기여할 수 있는지 검토하기 위해.

제안 방법

• B 팩토리인 B A B AR과 Belle이 $\Upsilon(4S)$ 공진 상태에서 작동하며, 누적 루미노사티가 최대 120M $B\bar{B}$ 쌍에 이르렀다.
• 배경 억제를 위해 이벤트 형상 및 에너지 흐름 변수를 사용하여, $b\to s\gamma$ 분해율을 추출하기 위해 완전히 포함된 및 반포함된 분석 기법을 적용한다.
• 신호 대 배경 비율 향상과 연속체 배경 감소를 위해 포함 분석에서 렙톤 태깅을 활용한다.
• 반포함된 $b\to s\gamma$ 측정에서 관측되지 않은 독립 모드를 보정하기 위해 이소스핀 대칭과 몬테카를로 시뮬레이션 기반 외삽을 사용한다.
• 저에너지 광자 외삽을 교정하기 위해 형상 함수 모델을 적용하며, 체계적 불확실성을 정량화한다.
• 이벤트 재구성 및 부족 에너지 기법을 사용하여 $B^0\to\mu^+\mu^-$, $B^0\to\nu\bar{\nu}$ 및 $B^0\to\gamma\gamma$와 같은 희귀 붕괴에 대해 모델에 의존하지 않는 제약을 설정한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 포함된 $b\to s\gamma$ 분해율의 현재 정밀도는 얼마이며, 윌슨 계수 $C_7$ 를 통해 새로운 물리에 어떤 제약을 가하는가?
• RQ2 $b\to s\gamma$에서 측정된 CP 비대칭성은 표준모형 예측에서 얼마나 벗어나는가?
• RQ3 순수 렙톤성 B 붕괴, 예를 들어 $B^+\to\tau^+\nu_\tau$, $B^0\to\mu^+\mu^-$ 및 $B^0\to\nu\bar{\nu}$에 대해 가장 엄격한 실험적 제약은 무엇인가?
• RQ4 예를 들어 $B\to K^*\ell^+\ell^-$와 같은 희귀 준설퇴성 붕괴는 윌슨 계수와 CKM 매개변수를 어떻게 탐색하는가?
• RQ5 $b\to s\gamma$에서의 광자 에너지 스펙트럼은 $B$ 메손 내부의 $b$-쿼크 질량과 역학에 대한 정보를 제공할 수 있는가?

주요 결과

• 포함된 $b\to s\gamma$ 분해율은 $\mathcal{B}(b\to s\gamma) = 355 \pm 24^{+9}_{-10} \pm 3 \times 10^{-6}$로 측정되었으며, 표준모형 예측인 $357 \pm 30 \times 10^{-6}$와 뛰어난 일치를 보였다.
• B A B AR는 $b\to s\gamma$의 CP 비대칭성을 $(2.5 \pm 5.0 \pm 1.5)\%$로 측정했고, Belle는 $(0.2 \pm 5.0 \pm 3.0)\%$로 측정하여, 모두 0과 일치하며 표준모형과 일치한다.
• B A B AR에서 $B^0\to\mu^+\mu^-$의 제약은 $<0.083 \times 10^{-6}$이며, 테바트론 조합에서 $<0.032 \times 10^{-6}$로 향상되어 초대칭 모델에 대한 제약을 가졌다.
• B A B AR에서 $B^0\to\nu\bar{\nu}$의 제약은 $<220 \times 10^{-6}$이며, 126,000개의 $B\to D^{(*)}\ell\nu$ 이벤트를 바탕으로 하였고, 방사성 모드인 $B^0\to\nu\bar{\nu}\gamma$의 제약은 $<47 \times 10^{-6}$였다.
• Belle에서 $B^0\to\gamma\gamma$의 제약은 $<0.62 \times 10^{-6}$이며, 111M개의 $B\bar{B}$ 쌍을 바탕으로 하였고, 여전히 표준모형 예측인 약 1.2보다 약 20배 높은 수준이었다.
• 최초로 $b\to d\gamma$ 붕괴가 관측되었으며, $B^+\to\tau^+\nu_\tau$ 붕괴는 관측의 임계선에 도달했고, B A B AR에서의 제약는 $<0.083 \times 10^{-6}$였다.